درباره هیدروکلویید جدید پکتین
○ منشاء ، ساختار و فرآیند تولید
پکتین به عنوان یک عامل ژل کننده در سال ۱۸۲۰ کشف شد. پکتین به طور گسترده در بافت گیاهان وجود دارد، جایی که در ترکیب با سلولز به عنوان یک ماده ماتریکس بین سلولی (دیواره های سلولی، لاملاهای میانی) عمل می کند. برای استفاده تجاری، پکتین عمدتاً از تفاله سیب (که حاوی حدود ۱۵ درصد پکتین است) و پوست مرکبات ، لیمو یا پرتقال (که حاوی حدود ۳۰ درصد پکتین است). تفاله چغندرقند با ۲۰ درصد پکتین به میزان کمتری استفاده می شود. اکثر پکتین ها به صورت استخراج با محلول اسید آبی در دمای ۵۰ تا ۹۰ درجه سانتی گراد (۱۲۲ تا ۱۹۴ درجه فارنهایت) به مدت ۳ تا ۱۲ ساعت در pH حدود ۱ تا ۳ تولید می شوند. پروتوپکتین نامحلول با این روش به پکتین محلول تجزیه می شود. نشاسته بالقوه موجود به طور آنزیمی تجزیه می شود و در نتیجه حذف می شود. عصاره خالص ، تغلیظ شده ، با خشک کن غلطکی یا اسپری خشک می شود. گزینه دیگر رسوب پکتین توسط الکل است. روش ترسیب منجر به تولید پکتین هایی با خلوص بالا می شود که ترجیحا امروزه استفاده می شود. با انجام اصلاحات در طول فرآیند استخراج و استری زدایی جزئی ، پکتین ها را می توان با درجات مختلف استری و پلیمریزاسیون تولید کرد. پکتین آمیده شده معمولاً از آمیده کردن پکتین معمولی با آمونیاک در یک سوسپانسیون الکلی به دست می آید. فناوری جدیدتر شامل استری‌زدایی متیل با بیوکاتالیست‌ها می‌باشد . تولید سالانه بیش از ۴۵۰۰۰ تن بیشتر برای مصارف غذایی است.
○ ساختار شیمیایی
ترکیب مشترک همه پکتین ها پلی ساکاریدهای خطی است که جزء اصلی آنها α-Dgalacturonic acid (pKa 3.5) به عنوان یک مونومر است. طبق یک دستورالعمل اروپایی، پکتین تجاری به عنوان ماده ای طبقه بندی می شود که حداقل ۶۵٪ اسید گالاکتورونیک دارد. پکتین یک پلی‌اورونید است که از یک زنجیره اصلی خطی از واحدهای اسید گالاکتورونیک متصل به α-(1,4) تشکیل شده است. گروه های کربوکسی (COOH) تا حدی با متانول استری می شوند (برای ایجاد گروه –COOCH3). گروه های هیدروکسیل ثانویه بسته به منشا پکتین ممکن است تا حدی با استات، استری شوند. زنجیره‌های جانبی متصل کووالانسی از قندهای خنثی مانند گزیلوز، β-(1,4)-D-galactans و همچنین α-(1,5)-L-arabenes ممکن است در ماکرومولکول گنجانده شوند.
واحدهای رامنوز که با واحدهای اسید گالاکتورونیک در موقعیت‌های ۱ و ۲ مرتبط هستند، در زنجیره اصلی ادغام می‌شوند. در نتیجه، مولکول پکتین کاملاً کشیده شده دارای پیچ خوردگی است. هنگام استخراج پکتین برای استفاده تجاری، بیشتر زنجیره های جانبی قند خنثی حذف می شوند. بنابراین، پکتین تجاری اغلب به عنوان زنجیره اصلی هموگالاکتورونیک شناخته می شود. از نظر وزنی، معمولاً بیش از ۷۰ درصد از این پکتین ها اسید گالاکتورونیک است و بسته به کیفیت و منشأ پکتین، تا ۷۵ درصد از گروه های گالاکتورونان متیل استری شده هستند. با توجه به تعداد گروه‌های کربوکسیل که با متانول استری می‌شوند، دسته پکتین‌ها هستند به این موارد تقسیم می شود: پکتین های با استری بالا (پکتین HM) با محتوای متوکسیل > ۷ ٪ و درجه استری شدن > ۵۰ ٪ (معمولاً بین ۵۵ تا۷۵ درصد). پکتین های کم استری (پکتین های LM) با محتوای متوکسیل <۷ ٪ و درجه استری شدن <۵۰٪ ( معمولاً بین ۲۰ تا۴۵درصد ). علاوه بر این، پکتین LM آمید شده را می توان با واکنش پکتین با آمونیاک در طول فرآیند برای تبدیل برخی از گروه های متیل استر C6 به گروه های آمیدی تهیه کرد. مقادیر پکتین LM آمید شده ۳۰ درصد درجه استری متیل و ۲۰ درصد درجه آمیداسیون است. روش دیگر تمایز پکتین ها از طریق درجه استیلاسیون است. وزن مولکولی محصولات تجاری بین ۳۰ تا ۳۰۰ هزار دالتون است.
○ حلالیت، ویسکوزیته و ژل شوندگی
به طور کلی پکتین در آب محلول بوده و محلول کلوئیدی تشکیل می دهد. در الکل و اکثر حلال های آلی نامحلول است. وقتی پکتین پودری مستقیماً به آب اضافه می شود، تمایل به تشکیل توده دارد. از آنجایی که پکتین غلیظ، رفتار غیر نیوتنی از خود نشان می دهد ، ویسکوزیته با افزایش میزان برش ، کاهش می یابد. با اعمال نیروهای برشی بالا می توان محلول هایی تا 10% تهیه کرد. بدون چنین نیروهایی، بدست آوردن محلول های پکتین بالای 3% به دلیل ویسکوزیته بالا که مانع پراکندگی می شود دشوار است. پکتین ها نمک های محلول و نامحلول را تشکیل می دهند. پکتینات سدیم از اسیدهای پکتیک محلول تر هستند. پکتین های LM حلالیت کمتری دارند . آنها فقط به صورت نمک سدیم یا پتاسیم محلول هستند. سدیم، پتاسیم و سایر یون‌های تک ظرفیتی به‌صورت الکترواستاتیکی به زنجیره اصلی پکتین متصل می‌شوند، در حالی که کاتیون‌های دو ظرفیتی در ژل شدن پکتین نقش دارند و به‌عنوان مدل شانه تخم‌مرغی تجسم می‌شود. به عنوان یک قاعده کلی، سطوح بالای مواد جامد و نمک های محلول باعث کاهش حلالیت پکتین می شود. افزودن عوامل جداکننده مانند پیرو یا ارتو فسفات ها، هیدراتاسیون پکتین را (در چنین شرایط نامساعدی) بهبود می بخشد. پکتین محلول های چسبناک ایجاد می کند.
ویسکوزیته به غلظت بستگی دارد .یک محلول ضعیف (<0.5٪) رفتار تقریباً نیوتنی از خود نشان می دهد، در حالی که محلول های غلیظ نازک شونده برشی هستند. ویسکوزیته همچنین به نوع پکتین، حلال، مقدار pH، دما و وجود نمک بستگی دارد. یون های چند ظرفیتی مانند کلسیم به طور کلی ویسکوزیته را به دلیل اتصال عرضی زنجیره های پلیمری افزایش می دهند.
○ خواص
پکتین یک اسید ضعیف با رفتار پلی الکترولیت است. در pH خنثی، پکتین دارای بار منفی است و به صورت پلی آنیون ظاهر می شود. به دلیل بار منفی ، آنها با پلیمرهای دارای بار مثبت از جمله پروتئین ها واکنش می دهند. مهمترین خاصیت پکتین قابلیت ژل شدن آن است. برای القای ژل شدن، پکتین های با استر بالا به دلیل سطوح بالای قند (55-85٪ مواد جامد محلول) و pH اسیدی 2.5-3.8 به فعالیت کم آب نیاز دارند. ژل شدن ناشی از کاهش دافعه الکترواستاتیکی است و توسط پیوند هیدروژنی بین گروه‌های کربوکسیل جدا نشده و گروه‌های الکل ثانویه همراه با برهمکنش‌های آبگریز بین گروه‌های متیل استر ایجاد می‌شود. درجه استریفیکاسیون متیل برای ژل کردن پکتین HM اساسی است. افزایش درجات استریفیکاسیون وPH پایین باعث افزایش توانایی ژل شدن می شود. به همین دلیل گروه بندی های بیشتری ایجاد شده است. این زیرگروه ها شامل پکتین فوق سریع، ست سریع، ست متوسط سریع، ست آهسته و بسیار آهسته با درجه استریفیکاسیون متیل از 74% تا 77% برای انواع ست فوق سریع تا 58-60% می باشد. برای پکتین های آهسته تنظیم شده برای یک pH معین، زمان گیرش افزایش می یابد و دمای تنظیم با کاهش درجه استری متیل کاهش می یابد. ژل های پکتین HM در دمای 90-25 درجه سانتیگراد تشکیل می شوند و برگشت ناپذیر حرارتی هستند. ژل ها دارای بافت سفت هستند.
ژل پکتین های کم استری شده در محدوده pH گسترده تر از 2.5-6 و در غلظت های پایین تر قند (5-65٪) عمل مینمایند اما نیاز به حضور کاتیون هایی دارد که از نظر غذا معمولاً کلسیم است. یون های منیزیم ژل شدن را آغاز نمی کنند. از آنجا که کلسیم با واحدهای اسید گالاکترونیک استری زدایی شده واکنش می دهد، درجه کم استری متیل استریفیکاسیون توانایی ژل شدن را افزایش می دهد. pH پایین به ژل شدن پکتین LM کمک می کند.
منابع:
Source: General Overview of Food Hydrocolloids